Magnetofosyl - Magnetofossil
Magnetoskamieniałości to skamieniałe szczątki cząstek magnetycznych wytwarzanych przez bakterie magnetotaktyczne (magnetobakterie) i zachowane w zapisie geologicznym . Najstarsze ostateczne magnetofossils utworzone z mineralnej magnetytu pochodzą z kredy łóżek kredowych w południowej Anglii, natomiast raporty magnetofossil, nie uważa się za solidne, rozciągają się na Ziemi do 1,9 miliarda lat Gunflint Chert ; mogą one obejmować liczący cztery miliardy lat meteoryt marsjański ALH84001 .
Organizmy magnetotaktyczne są prokariotyczne , przy czym odnotowano tylko jeden przykład gigantycznych magnetoskamielin, prawdopodobnie wytwarzanych przez organizmy eukariotyczne. Bakterie magnetotaktyczne, źródło magnetoskamieniałości, to bakterie wytwarzające magnetyt (Fe 3 O 4 ) lub greigit (Fe 3 S 4 ) występujące zarówno w środowiskach słodkowodnych, jak i morskich. Te magnetyt łożyska magnetotatic bakterie występują w tlenowej strefie przejściowej -anoxic którym warunki są takie, że stężenie tlenu jest mniejsze niż te znajdujące się w powietrzu ( mikroaerofilnym ). W porównaniu z bakteriami magnetotaktycznymi wytwarzającymi magnetytu i późniejszymi magnetoskamieniami, niewiele wiadomo o środowiskach, w których powstają magnetoskamieniałości greigitu, oraz o właściwościach magnetycznych zachowanych cząstek greigitu.
Istnienie bakterii magnetotaktycznych zostało po raz pierwszy zasugerowane w latach 60. XX wieku, kiedy Salvatore Bellini z University of Pavia odkrył bakterie w torfowisku, które wydawały się ustawiać zgodnie z liniami pola magnetycznego Ziemi . Po tym odkryciu naukowcy zaczęli zastanawiać się nad wpływem bakterii magnetotaktycznych na zapis kopalny i namagnesowanie warstw osadowych .
Większość badań koncentrowała się na środowiskach morskich, chociaż sugerowano, że te magnetoskamieniałości można znaleźć w osadach lądowych (pochodzących ze źródeł lądowych). Te magnetoskamieniałości można znaleźć w całym zapisie osadowym, dlatego też ma na nie wpływ szybkość osadzania. Epizody o wysokiej sedymentacji, nieskorelowane ze wzrostem magnetobakteryjnych, a tym samym produkcji magnetofosyli, mogą znacznie zmniejszyć stężenie magnetofosylu, chociaż nie zawsze tak jest. Wzrost sedymentacji zwykle zbiega się ze wzrostem erozji gruntów, a tym samym wzrostem zasobności w żelazo i zaopatrzenia w składniki odżywcze.
Namagnesowanie
W bakteriach magnetotaktycznych kryształy magnetytu i greigitu są biosyntetyzowane ( biomineralizowane ) w organellach zwanych magnetosomami . Te magnetosomy tworzą łańcuchy w komórce bakteryjnej i dzięki temu zapewniają organizmowi trwały dipol magnetyczny. Organizm wykorzystuje go do nawigacji geomagnetycznej, do wyrównania się z polem geomagnetycznym Ziemi ( magnetotaksja ) i osiągnięcia optymalnej pozycji wzdłuż pionowych gradientów chemicznych.
Kiedy organizm umiera, magnetosomy zostają uwięzione w osadach. W odpowiednich warunkach, przede wszystkim przy prawidłowych warunkach redoks , magnetyt może zostać skostniały, a zatem przechowywany w zapisie osadowym. Skamieniałość magnetytu (magnetoskamieniałości) w osadach przyczynia się w dużej mierze do naturalnego namagnesowania szczątkowego warstw osadów. Naturalne namagnesowanie szczątkowe to magnetyzm trwały pozostający w skale lub osadzie po jej uformowaniu.
Paleoindykatory
Bakterie magnetotaktyczne wykorzystują żelazo do tworzenia magnetytu w magnetosomach. W wyniku tego procesu podwyższony poziom żelaza koreluje ze zwiększoną produkcją bakterii magnetotaktycznych. Wzrost poziomu żelaza był od dawna związany z okresami hipertermii (okres ocieplenia, zwykle między 4-8 stopniami Celsjusza) w historii Ziemi. Te zjawiska hipertermiczne, takie jak maksimum termiczne paleocenu i eocenu lub okres ocieplenia holocenu (HWP), stymulowały zwiększoną produktywność otwornic planktonowych i bentosowych, co z kolei skutkowało wyższym poziomem sedymentacji. Ponadto wzrost temperatury (jak ten w HWP) może być również związany z okresem mokrym. Te ciepłe i wilgotne warunki sprzyjały produkcji magnetokopalnych ze względu na zwiększoną podaż składników odżywczych w okresie polodowcowego ocieplenia podczas HWP. W rezultacie okres ten wykazuje wzrost koncentracji magnetokopalnych. Wykorzystując ten wzrost stężenia, naukowcy mogą wykorzystać magnetoskamieniałości jako wskaźnik okresu stosunkowo wysokich (lub niskich) temperatur w historii Ziemi. Datowanie tych skał może dostarczyć informacji o okresie tej zmiany klimatu i może być skorelowane z innymi formacjami skalnymi lub środowiskami depozycji, w których klimat Ziemi w tym czasie mógł nie być tak wyraźny. Starzenie się osadów i rozpuszczanie lub zmiana magnetytu stwarzają problemy z zapewnieniem użytecznych pomiarów, ponieważ integralność strukturalna kryształów może nie zostać zachowana.
Magnetoskamieniałości są badane nie tylko pod kątem wskaźników paleośrodowiskowych czy paleoklimatycznych. Jak wspomniano powyżej, magnetoskamieniałości podczas formowania zachowują szczątkowe namagnesowanie. Oznacza to, że magnetyt (lub greigit) ustawia się zgodnie z kierunkiem pola geomagnetycznego. Kryształy magnetytu można uznać za prosty magnes z biegunem północnym i południowym, ta orientacja północ-południe pokrywa się z biegunami magnetycznymi północ-południe Ziemi. Te skamieniałości są następnie zakopywane w zapisie skalnym. Naukowcy mogą badać te próbki skał w magnetometrze szczątkowym, w którym usuwane są skutki obecnego pola magnetycznego Ziemi, aby określić szczątkowe lub początkowe namagnesowanie próbki skały podczas jej powstawania. Znając orientację skały in situ i namagnesowanie szczątkowe, naukowcy mogą określić pole geomagnetyczne Ziemi w czasie formowania się skały. Może to służyć jako wskaźnik kierunku pola magnetycznego lub odwrócenia pola magnetycznego Ziemi , gdzie następuje zamiana biegunów magnetycznych na północ i południe (co zdarza się średnio co 450 000 lat).
Badania
Istnieje wiele metod wykrywania i pomiaru magnetoskamielin, chociaż istnieją pewne problemy z identyfikacją. Obecne badania sugerują, że pierwiastki śladowe znajdujące się w kryształach magnetytu powstających w bakteriach magnetotaktycznych różnią się od kryształów utworzonych innymi metodami. Zasugerowano również, że włączenie wapnia i strontu można wykorzystać do identyfikacji magnetytu wywnioskowanego z bakterii magnetotaktycznych. Wykorzystywane są inne metody, takie jak transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) próbek z głębokich otworów wiertniczych oraz spektroskopia rezonansu ferromagnetycznego (FMR). Spektroskopia FMR łańcuchów hodowanych bakterii magnetotaktycznych w porównaniu z próbkami osadów jest wykorzystywana do wnioskowania o zachowaniu magnetokopalnych w geologicznych ramach czasowych. Badania sugerują, że magnetoskamieniałości zachowują swoją szczątkową magnetyzację na głębszych głębokościach pochówku, chociaż nie jest to całkowicie potwierdzone. Pomiary FMR saturacji izotermicznej remanentnej magnetyzacji (SIRM) w niektórych próbkach, w porównaniu z pomiarami FMR i opadami wykonanymi w ciągu ostatnich 70 lat, wykazały, że magnetoskamieniałości mogą zachować zapis zmian paleopadu w krótszej skali czasowej (setki lat), stworzenie bardzo przydatnego wskaźnika paleoklimatycznego najnowszej historii.
Streszczenie
Proces powstawania magnetytu i greigitu przez bakterie magnetotaktyczne oraz powstawanie magnetoskamieniałości są dobrze poznane, chociaż bardziej szczegółowe zależności, takie jak te między morfologią tych skamieniałości a wpływem na klimat, dostępność składników odżywczych i dostępność środowiska, wymagałyby dalszych badań. Nie zmienia to jednak obietnicy lepszego wglądu w ekologię drobnoustrojów i zmiany geomagnetyczne Ziemi w dużej skali czasowej, jaką prezentują magnetoskamieniałości. W przeciwieństwie do niektórych innych metod stosowanych do dostarczania informacji o historii Ziemi, magnetoskamieniałości zwykle muszą być obserwowane w dużych ilościach, aby dostarczyć użytecznych informacji o starożytnej historii Ziemi. Chociaż niższe stężenia mogą opowiedzieć własną historię o nowszej paleoklimatycznej, paleośrodowiskowej i paleoekologicznej historii Ziemi.